येल ने मल्टी-जन CRISPR संपादन के लिए Cas12a-आधारित ब्रेकथ्रू का अनावरण किया

CRISPR की संभावनाओं का विस्तार

अपनी खोज के बाद से, CRISPR (“Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats”), जिसने 2020 रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार जीता, ने चिकित्सा और बायोटेक्नोलॉजी में क्रांति ला दी है।

Source: नोबेल पुरस्कार

CRISPR विशिष्ट जीन अनुक्रमों में लक्षित परिवर्तन सक्षम करता है, लेकिन यह अनचाहे उत्परिवर्तनों के जोखिम को समाप्त नहीं करता। FDA guidance ऑफ‑टार्गेट संपादन और अन्य अनपेक्षित जीनोमिक बदलावों का मूल्यांकन करने का आग्रह करती है।

यह महत्वपूर्ण है क्योंकि अनियंत्रित जीन इन्सर्शन को प्रमुख समस्याओं, विशेष रूप से कैंसर जोखिमों से जोड़ा गया है, जिससे उनका चिकित्सीय उपयोग कठिन और विवादास्पद बन जाता है।

CRISPR को कई तरीकों से उपयोग किया जा सकता है: मौजूदा जीन को बाधित करना, विशिष्ट अनुक्रम को हटाना, या सही जीन अनुक्रम को संपादित/इन्सर्ट करना।

Source: CRISPR Therapeutics (NASDAQ: CRSP)

यह FDA अनुमोदन पहली CRISPR‑आधारित थेरेपी के लिए 2023 के साथ एक चिकित्सा ब्रेकथ्रू बन गया, जिसे CRISPR Therapeutics ने जीन‑आधारित रक्त रोगों के लिए विकसित किया (CRISPR Therapeutics के बारे में समर्पित रिपोर्ट के लिए लिंक देखें)।

CRISPR केवल एक जीन को एक बार संपादित करने तक सीमित नहीं है: 2013 में मल्टीप्लेक्स Cas9 संपादन प्रदर्शित किया गया। विश्वसनीय मल्टी‑जीन हस्तक्षेपों को डिजाइन और डिलीवर करना फिर भी चुनौतीपूर्ण बना हुआ है।

येल अध्ययन एक Cas12a‑आधारित चूहे का टूलकिट जोड़ता है जिससे कई जीन एक साथ अध्ययन किए जा सकते हैं; यह पहला मल्टीप्लेक्स CRISPR तरीका स्थापित नहीं करता और न ही मानवों में उपचार का प्रदर्शन करता है।

यह एक ब्रेकथ्रू अध्ययन था जिसमें 37 शोधकर्ताओं की बड़ी टीम शामिल थी¹ जो Nature Biomedical Engineering में “Cas12a‑knock‑in mice for multiplexed genome editing, disease modeling, and immune‑cell engineering” शीर्षक के तहत प्रकाशित हुआ।

यह जीन‑आधारित रोग मॉडल और उपचार मॉडल बनाने में मदद कर सकता है, जैसे कि जिगर में आनुवंशिक रोग, फेफड़े का कैंसर, और त्वचा कैंसर, और इस क्षेत्र में आगे के शोध को तेज़ कर सकता है।

CRISPR के कई सिस्टम

जब CRISPR पर चर्चा होती है, चाहे वह उसके प्रारंभिक नोबेल‑पुरस्कार‑जीतने वाले खोज के बारे में हो या पहले से FDA‑अनुमोदित थेरेपीज़ के बारे में, वास्तव में CRISPR‑Cas9 ही चर्चा का विषय बनता है।

सिस्टम का “Cas” भाग वह प्रोटीन है जो DNA स्ट्रैंड को काटता है और जीन संपादन स्वयं करता है, एक RNA स्ट्रैंड द्वारा निर्देशित। कई अन्य Cas प्रोटीनों का अध्ययन किया जा रहा है, और संभवतः और भी कई खोजे जाएंगे।

Source: YourGenome

भविष्य में यह भी संभव हो सकता है कि शोधकर्ता केवल कस्टम Cas सिस्टम डिज़ाइन करें, विशेष रूप से “OpenCRISPR‑1”, एक ओपन‑सोर्स AI जो विशिष्ट परिस्थितियों के लिए कस्टम CRISPR सिस्टम डिज़ाइन करता है। एक कंप्यूटर सिमुलेशन CREME (Cis‑Regulatory Element Model Explanations) भी CRISPR सिस्टम को अनुकूलित करने में मदद कर सकता है।

Cas12a एक और व्यापक रूप से अध्ययन किया गया CRISPR सिस्टम है, जिसमें मल्टीप्लेक्स संपादन के लिए उपयोगी गुण हैं।

CRISPR‑Cas12a

जब हमने इसे पहली बार 2023 में चर्चा की, Cas12a तकनीक में बहुत प्रगति हुई है।

CRISPR‑Cas12a कुछ पहलुओं में Cas9 से अलग सिस्टम है:

• Cas9 की तुलना में वैकल्पिक कटिंग साइट प्रदान करता है।
  • Cas9 के साथ हल करना कठिन समस्याएँ Cas12 के साथ संभव हो सकती हैं।b>
• यह DNA को इस तरह काटता है कि “स्टिकी” DNA सेक्शन बचता है, जबकि Cas9 “ब्लंट” कट देता है, और इसे कई बार काटा जा सकता है।
• • यह जीन संपादन की संभावना को बढ़ाता है।
• Cas12a के लिए transactivating crRNA (tracrRNA) की आवश्यकता नहीं होती, जो Cas9 के विपरीत है। छोटे आकार के कारण यह मल्टीप्लेक्स जीनोमिक संपादन को आसान बनाता है।
  • Cas12a के साथ एक साथ एक से अधिक जीन संशोधित किए जा सकते हैं।

Source: Wikipedia

Cas12a की यह नवीनतम विशेषता बायोलॉजिस्ट्स के बीच सबसे अधिक रुचि जगाती है, क्योंकि कई रोगों या जीन अभियांत्रिकी में कई जीन संपादन, इन्सर्शन और/या डिलीशन की आवश्यकता होती है।

Cas9 और Cas12a दोनों मल्टीप्लेक्स संपादन का समर्थन कर सकते हैं। किसी विशेष रोग के लिए उपयुक्तता डिलीवरी, संपादन दक्षता और सुरक्षा पर निर्भर करती है, न कि Cas9 की कई जीन संशोधित करने की असमर्थता पर।

इसी बीच यह स्पष्ट हो रहा है कि CRISPR की संभावनाएँ दुर्लभ आनुवंशिक रोगों के उपचार से बहुत आगे तक विस्तारित हैं, न्यूरोलॉजी, कैंसर (ऑन्कोलॉजी) और मेटाबोलिक समस्याएँ उन क्षेत्रों में सबसे अधिक संभावित हैं जो दसियों मिलियन लोगों के जीवन को सुधार या बचा सकते हैं।

Source: ARK Invest

कुछ प्रस्तावित थेरेपी कई जीनों को संशोधित करके लाभान्वित हो सकती हैं, लेकिन आवश्यक दृष्टिकोण रोग और उपचार डिजाइन पर निर्भर करता है।

येल का Cas12a अध्ययन

विविध लक्ष्य

मानवों में मल्टी‑जीन संपादन करने से पहले, हमें इस आक्रामक हस्तक्षेप के जीनोम पर प्रभाव को बेहतर समझने की आवश्यकता है।

येल शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला चूहों का उपयोग करके इम्यून कोशिकाओं, जिसमें CD4+ और CD8+ T‑सेल्स, B‑सेल्स, और बोन‑मैरो‑डेराइव्ड डेंड्रिटिक कोशिकाएँ शामिल हैं, को जीन‑इंजीनियर किया। उन्होंने कैंसर‑संबंधी जीन और इन‑विवो जिगर ऊतक भी संशोधित किए।

CRISPR जीन‑संपादन सामग्री को प्रत्येक लक्ष्य तक रेट्रोवायरस, एडेनो‑एसोसिएटेड वायरस, और लिपिड नैनोपार्टिकल्स के माध्यम से क्रमशः पहुंचाया गया।

Source: Nature Biomedical Engineering

विधि की संभावनाओं को विस्तारित करने के लिए, उन्होंने Cas12a के 2 वैरिएंट भी उपयोग किए।

कुशलता की जाँच

पहले, शोधकर्ताओं ने उत्परिवर्तन को एक फ्लोरोसेंट प्रोटीन से जोड़ा ताकि यह जांचा जा सके कि यह सही ढंग से किया जा रहा है या नहीं।

Source: Nature Biomedical Engineering

उन्होंने फिर जाँच किया कि लक्ष्यित अंगों के अनुसार जीन‑संपादन दक्षता कैसे बदलती है। पाया गया कि जिगर, मस्तिष्क, किडनी और फेफड़े इन‑विवो जीन‑संपादन के उच्च स्तर को प्राप्त करने में सबसे आसान थे।

यह बहुत आशाजनक परिणाम है, क्योंकि ये अंग भविष्य की CRISPR थेरेपीज़ के प्रमुख चिकित्सा लक्ष्यों के लिए सबसे महत्वपूर्ण हैं।

Source: Nature Biomedical Engineering

व्यावहारिक संभावनाएँ

एक बार अवधारणा के संभावित होने की पुष्टि हो जाने पर, शोधकर्ताओं ने इम्यून कोशिकाओं और कैंसर कोशिकाओं को संशोधित करने के उपयोग मामलों का परीक्षण किया।

इम्यून कोशिकाओं के मामले में, ट्रांसफ़ॉर्मेशन दक्षता, जो कुल एक्सपोज़्ड कोशिकाओं में से जीनोमिक रूप से संशोधित कोशिकाओं का अनुपात मापती है, उल्लेखनीय रूप से उच्च थी, 90‑100% तक पहुंचती हुई।

Source: Nature Biomedical Engineering

एक और उल्लेखनीय परिणाम, और किसी भी इन‑विवो थेरेपी के संभावित अनुप्रयोग के लिए आवश्यक शर्त, ऑन‑टार्गेट उत्परिवर्तन की बहुत उच्च दर है। इसका अर्थ है कि केवल इच्छित जीन ही संशोधित हो रहा है, और बहुत कम ऑफ‑टार्गेट जीन संपादन होते हैं।

Source: Nature Biomedical Engineering

DAKO

CRISPR‑Cas12a तकनीक की संभावनाओं को और आगे बढ़ाते हुए, शोधकर्ताओं ने एक नया द्वि‑जीन सक्रियण और नॉकआउट (DAKO) विकसित किया।

इसका अर्थ है कि एक ही उपचार बाद में दो जीनों को एक साथ सक्रिय और दमन कर सकता है।

Source: Nature Biomedical Engineering

यह जटिल बायोकेमिकल तंत्रों वाले कोशिकाओं को संशोधित करने के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है, उदाहरण के तौर पर एक प्रोटीन तंत्र को सक्रिय करना और दूसरा उसे दमन करना। DAKO जीन संपादन द्वारा वांछित गतिविधि को सामान्य स्तर से ऊपर बढ़ाना और उस प्रणाली को हटाना संभव हो जाता है जो इस प्रभाव को रोकती है।

जैसे कि अनचाहे या खराब नियंत्रित रेट्रो‑कंट्रोल अक्सर जीन संपादन के असफल होने का मुख्य कारण होते हैं, यह DAKO प्रणाली विशेष रूप से ऑन्कोलॉजी, न्यूरोलॉजी और मेटाबोलिक उपचारों में क्रांतिकारी साबित हो सकती है।

Source: Nature Biomedical Engineering

प्राणी मॉडल

Cas12a का उपयोग करने वाला यह नया जीन‑संपादन सिस्टम Cas9 जितना ही सटीक हो सकता है, लेकिन यह एक साथ कई संपादन कर सकता है, और ये संपादन जीन के सक्रियण और दमन दोनों हो सकते हैं।

यह एक आदर्श सिस्टम बनाता है जिससे नई जैविक मॉडल बनाई जा सके, जिस पर जीवविज्ञानी अपने सिद्धांतों का परीक्षण कर सकते हैं।

“ये चूहे इन‑विवो थैरेप्यूटिक जीन टार्गेटिंग, रोग/ट्यूमर मॉडलिंग, और प्राथमिक इम्यून‑सेल अभियांत्रिकी के लिए तेज़ और सहज कार्यप्रवाह को सुविधाजनक बनाते हैं।”

“पूल्ड ओलिगो लाइब्रेरी संश्लेषण और क्लोनिंग के साथ मिलाकर, इन चूहों का उपयोग जटिल जीन संबंधी प्रश्नों, जैसे इम्यून कोशिकाओं में इफ़ेक्टर और मेमोरी फ़ेनोटाइप ट्रांज़िशन, का अध्ययन करने के लिए हाई‑थ्रूपुट CRISPR स्क्रीनिंग के लिए किया जा सकता है।”

ऐसे प्राणी मॉडल संभावित उपचारों का परीक्षण करने या जटिल रोगों को बेहतर समझने के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं। इसलिए भले ही Cas12a‑आधारित कोई थैरेपी बाजार में न आए, यह स्वयं इस CRISPR वैरिएंट को भविष्य के बायोटेक अनुसंधान में बड़ा प्रभाव देगा।

आगे की दिशा

अध्ययन में सिद्ध हुआ कि जीन‑संपादन की तीव्रता अंग के अनुसार बहुत भिन्न हो सकती है, इसलिए आगे के सुधार संभव हैं।

एक प्रमुख तत्व संभवतः जीन‑संपादन सिस्टम के लिए नए वेक्टरों का परीक्षण होगा, चाहे वह अन्य वायरस हों या अन्य लिपिड नैनोकैप्सूल। विशेष रूप से, उन अंगों के लिए बेहतर वेक्टर आवश्यक होंगे जो कम प्रभावित होते हैं, ताकि विशिष्ट अध्ययन या रोगों के लिए उपयोग किया जा सके।

दीर्घकाल में, यह सबसे अधिक संभावना है कि कैंसर और न्यूरोलॉजिकल जैसी जटिल रोगों के लिए जीन‑संपादन थेरेपीज़ इस Cas12a सिस्टम के अधिक समान प्रणाली का उपयोग करेंगी, न कि “पारंपरिक” मोनो‑जीन Cas9।

Cas12a कंपनी

Editas

Editas की स्थापना CRISPR‑Cas9 सह‑खोजकर्ता Jennifer Doudna ने की थी। Editas ने Cas9 के साथ काम शुरू किया लेकिन अब वे Cas12a के एक स्वामित्व वाले संस्करण AsCas12a पर केंद्रित हैं, जिसे उन्होंने स्वयं विकसित किया।

आप हमारे समर्पित लेख “CRISPR‑Cas12a2 क्या है? और यह क्यों महत्वपूर्ण है?” में Cas12a की विशिष्ट विशेषताओं के बारे में अधिक पढ़ सकते हैं।

Source: Editas

आप “Top Jennifer Doudna Companies to Watch” लेख में Jennifer Doudna की सभी कंपनियों का अवलोकन भी पढ़ सकते हैं।

Editas सिकल सेल रोग (SCD) और बीटा‑थैलेसिमिया पर केंद्रित है, दो रोग जहाँ उन्होंने प्रतिस्पर्धी CRISPR Therapeutics और BlueBirdBio को पहली उपचार अनुमोदन के लिए पीछे छोड़ दिया।

समग्र रूप से, SCD प्रोग्राम (हाल ही में “reni‑cel” नाम बदल दिया गया) कई बार विलंबित हुआ है, जिससे निवेशकों में चिंता उत्पन्न हुई, और तब से इसे इन‑विवो थेरेपी पर पुनः केंद्रित किया गया है ताकि इसे पहले से अनुमोदित SCD थैरेपीज़ से अलग किया जा सके।

फिर भी, Editas के पास CRISPR‑Cas12 पर महत्वपूर्ण पेटेंट हैं, जिन्हें ऑस्ट्रेलिया के University of New South Wales के शोधकर्ताओं ने COVID‑19 स्ट्रिप टेस्ट विकसित करने के लिए उपयोग किया है, जो जीन संपादन से परे तकनीकी संभावनाओं को दर्शाता है।

Editas ने 2023 में Vertex के साथ $50 M का समझौता किया, जिससे कंपनी को Editas के Cas9 आईपी का उपयोग करने की अनुमति मिली।

Editas “क्लासिकल” CRISPR‑Cas9 से अलग अन्य CRISPR संस्करणों पर फोकस करता है, और इसका शोध आईपी साझेदारियों को स्थापित करने और राजस्व उत्पन्न करने में मदद कर सकता है, भले ही FDA‑अनुमोदित उत्पाद न हो, और 2026 तक चलने वाली नकदी रनवे भी है।

जैसे ही Cas12a मल्टी‑जीन संपादन के लिए बेस्ट‑इन‑क्लास विधि के रूप में अधिक सिद्ध हो रहा है, Editas की विशेषज्ञता और पाइपलाइन इस CRISPR वैरिएंट पर केंद्रित होने से दीर्घकाल में जीत की संभावना बढ़ा सकती है।

(आप हमारे संबंधित लेख “Top 5 CRISPR Companies To Invest In” में CRISPR कंपनियों के बारे में और पढ़ सकते हैं।)

Editas पर नवीनतम

संदर्भित अध्ययन:

^{1. Tang, K., Zhou, L., Tian, X. et al. Cas12a‑knock‑in mice for multiplexed genome editing, disease modelling and immune‑cell engineering. Nat. Biomed. Eng (2025). https://www.unsw.edu.au/newsroom/news/2024/03/-like-a-lab-in-your-pocket—-new-test-strips-raise-game-in-gene}